Ontology based data integration in life sciences

Abstract

The aim of this thesis is to develop standard and practical approaches for the semantic integration of biological data and services. The thesis considers various scenarios where ontologies may benefit bioinformatics web services development, integration and provenance. In spite of the broad use of ontologies in biology, their usage is usually limited to a definition of taxonomic hierarchies. This thesis examines the utility of ontologies for data integration in context of semantic web services development. The biological datatypes ontologies are very valuable for the data integration, especially in a context of continuous standards changes. The thesis evaluates the outdated BioMoby ontology for the generation of modern WS-I and RESTful web services. Another important aspect is the use of ontologies for the web services description. The thesis evaluates the W3C standard WSDL ontology for bioinformatics web services description and provenance. Finally, the integration with modern workflow execution platforms such as Taverna and Galaxy is also considered.

Despite the growing popularity of JSON format, web services vastly depend on XML type system. The OWL2XS tool facilitates semantic web services development providing the automatic XML Schema generation from an appropriate OWL 2 datatype ontology. Web services integration is hardly achievable without a broad standard adoption. The BioNemus application automatically generates standard-based web services from BioMoby ontologies. Semantic representation of web services description simplifies web services search and annotation. Semantic Web Services Registry (BioSWR) is based on W3C WSDL ontology and provides a multifaceted web services view in different formats: OWL 2, WSDL 1.1, WSDL 2.0 and WADL. To demonstrate benefits of ontology-based web services descriptions, BioSWR Taverna OSGI plug-in has been developed. The new, experimental, Taverna WSDL generic library has been used in Galaxy Gears tool which allows integrating web services into the Galaxy workflows.

The thesis explores the scopes of ontologies application for the biological data and services integration, providing a broad set of original tools.

El objetivo de la tesis es el desarrollo de una solución práctica y estándar para la integración semántica de los datos y servicios biológicos. La tesis estudia escenarios diferentes en los cuales las ontologías pueden beneficiar el desarrollo de los servicios web, su búsqueda y su visibilidad. A pesar de que las ontologías son ampliamente utilizadas en la biología, su uso habitualmente se limita a la definición de las jerarquías taxonómicas. La tesis examina la utilidad de las ontologías para la integración de los datos en el desarrollo de los servicios web semánticos. Las ontologías que definen los tipos de datos biológicos tienen un gran valor para la integración de los datos, especialmente ante un cambio continuo de los estándares. La tesis evalúa la ontología BioMoby para la generación de los servicios web conforme con las especificaciones WS-I y los servicios REST. Otro aspecto muy importante de la tesis es el uso de las ontologías para la descripción de los servicios web. La tesis evalúa la ontología WSDL promovida por el consorcio W3C para la descripción de los servicios y su búsqueda. Finalmente, se considera la integración con las plataformas modernas de la ejecución de los flujos de trabajo como Taverna y Galaxy.

A pesar de la creciente popularidad del formato JSON, los servicios web dependen mucho del XML. La herramienta OWL2XS facilita el desarrollo de los servicios web semánticos generando un esquema XML a partir de una ontología OWL 2. La integración de los servicios web es difícil de conseguir sin una adaptación de los estándares. La aplicación BioNemus genera de manera automática servicios web estándar a partir de las ontologías BioMoby. La representación semántica de los servicios web simplifica su búsqueda y anotación. El Registro Semántico de Servicios Web (BioSWR) está basado en la ontología WSDL del W3C y proporciona una representación en distintos formatos: OWL 2, WSDL 1.1, WSDL 2.0 y WADL. Para demostrar los beneficios de la descripción semántica de los servicios web se ha desarrollado un plugin para Taverna. También se ha implementado una nueva librería experimental que ha sido usada en la aplicación Galaxy Gears, la cual permite la integración de los servicios web en Galaxy.

La tesis explora el alcance de la aplicación de las ontologías para la integración de los datos y los servicios biológicos, proporcionando un amplio conjunto de nuevas aplicaciones.